摘要：薄壁圓管沖孔模具設(shè)計(jì)由模具結(jié)構(gòu)初步構(gòu)思、模具零件細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、模具裝配調(diào)試三部分組成。薄壁圓管沖孔模具是專為管殼類薄壁圓管沖孔開發(fā)的沖壓模具，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、新穎，對(duì)于管材沖孔具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：薄壁；圓管；沖孔；模具設(shè)計(jì)；沖壓模具 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TG385 文章編號(hào)：1009-2374（2015）13-0024-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.012

1 管殼零件介紹

廢氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)是將柴油機(jī)或汽油機(jī)產(chǎn)生的廢氣的一小部分再送回氣缸再次燃燒，減少車用柴油機(jī)NOx排放的首選。EGR系統(tǒng)的任務(wù)就是使廢氣的再循環(huán)量在每一個(gè)工作點(diǎn)都達(dá)到最佳狀況，從而使燃燒過程始終處于最理想的情況，最終保證排放物中的污染成分最低。EGR冷卻器是安裝在汽車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上，EGR系統(tǒng)中用于回流廢氣冷卻的部件，降低汽車尾氣排放中氮氧化物的環(huán)保技術(shù)產(chǎn)品。管殼是汽車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)EGR冷卻器上的重要零件。

圖1 管殼零件圖

零件產(chǎn)品信息：管殼原材料為304不銹鋼圓管，直徑Ф54mm、壁厚1mm；零件總長138±0.3mm；翻邊孔直徑Ф16.1（+0.1，0）mm；孔翻邊高度3（0，-0.5）mm；圓孔直徑Ф14±0.1mm；孔中心距端部距離20±0.3mm；兩孔間角度145°±1°及中心距98±0.5mm。

2 薄壁圓管沖孔模具結(jié)構(gòu)初步構(gòu)思

管殼零件原材料為Ф54X1mm不銹鋼薄壁圓管；Ф16.1mm翻邊孔中心至圓管端面的距離為20mm；Ф14mm圓孔與Ф16.1mm翻邊孔中心距98±0.5mm，兩孔間角度為145°±1°；按工藝流程先沖壓翻邊孔，并以翻邊孔內(nèi)插入定位銷定位保證翻邊孔和圓孔兩孔間的中心距及角度尺寸公差。在薄壁圓管圓弧外壁上沖孔，凸、凹模接觸的零件工作面是圓弧面，因此凹模只能設(shè)計(jì)在圓管內(nèi)腔，所以將凹模設(shè)計(jì)成鑲嵌在仿形圓管內(nèi)腔的芯棒上，刃口部位圓弧與芯棒外徑圓弧重合，芯棒外徑與圓管內(nèi)徑間隙單邊0.2mm，方便裝、卸工件；由于管殼將凹模包在圓管內(nèi)，所以沖孔的落料只能在取下工件后排出；在取下工件前落料需在芯棒落料孔內(nèi)暫時(shí)存放；上述是沖孔模具結(jié)構(gòu)的初步構(gòu)思，具體的模具零件結(jié)構(gòu)、尺寸公差、零件的加工工藝性及裝配工藝性還需從模具整體細(xì)致的設(shè)計(jì)。

構(gòu)思沖壓步驟：（1）上料裝卡管殼，將沖壓完翻邊孔的半成品管殼，插入芯棒，翻邊孔端向外，將定位銷插入翻邊孔及芯棒定位孔，工件固定；（2）凸模下行至沖壓行程下限，沖孔完成；落料停留在芯棒落料孔內(nèi)；（3）凸?；爻讨列谐躺舷?，拔出定位銷，取下工件，落料從落料孔排出。

3 薄壁圓管沖孔模具關(guān)鍵零件設(shè)計(jì)分析

按上述模具構(gòu)思詳細(xì)分析后進(jìn)行沖孔模具零件的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

3.1 凹模設(shè)計(jì)

凹模設(shè)計(jì)成鑲嵌在仿形圓管內(nèi)腔的芯棒上；因此凹模外徑Ф26±0.01mm與芯棒Ф26孔按過度配合設(shè)計(jì)；Ф14.1（0，-0.02）mm尺寸為凹模刃口，Ф15mm沉孔為沖壓落料孔；R25.8mm圓弧與芯棒外徑圓弧一致，可采用將凹模鑲嵌入芯棒后磨削芯棒外圓至凹模與芯棒圓弧完全重合；凹模刃口磨損后可通過底部多次增加墊片重新磨削開刃來增加凹模使用壽命。

3.2 芯棒設(shè)計(jì)

（1）工件裝卡胎具：芯棒外徑Ф51.6mm按管殼內(nèi)徑尺寸間隙單邊0.2mm設(shè)計(jì)，方便裝、卸工件；芯棒根部50mm長度設(shè)計(jì)外徑Ф52±0.01mm與底座Ф52mm圓孔過渡配合，防止沖壓過程中芯棒前后竄動(dòng)導(dǎo)致凸模及凹模報(bào)廢；（2）鑲嵌固定凹模：Ф26±0.01mm沉孔為凹模鑲嵌孔，與凹模外徑按過渡配合裝配；Ф16mm孔為沖壓落料孔，暫時(shí)存放沖壓圓孔的落料；60±0.01mm尺寸扁與底座沉臺(tái)外形過渡配合，避免芯棒在沖壓過程中發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致凸模及凹模報(bào)廢；（3）定位銷孔定位管殼工件，Ф12mm銷孔為定位管殼翻邊孔的定位銷孔，管殼插入芯棒后翻邊孔與銷孔對(duì)正，插入定位銷，工件固定。

3.3 凸模設(shè)計(jì)

凸模刃口尺寸按與凹模刃口尺寸Ф14.1（0，-0.02）mm單邊0.02～0.03mm間隙配合設(shè)計(jì)，間隙越大則沖壓出的圓孔毛刺越大；Ф15±0.01mm直徑尺寸與凸模固定板上Ф15±0.01mm孔按過渡配合設(shè)計(jì)，Ф20mm尺寸圓臺(tái)為凸模掛臺(tái)，固定凸模，避免凸模在沖壓過程中掉落，凸模底刃可多次磨削開刃。

3.4 底座設(shè)計(jì)

底座與芯棒裝配，異型凹臺(tái)Ф52±0.01mm圓孔與芯棒外徑過渡配合用來固定芯棒；底座沉臺(tái)外形與芯棒60±0.01mm尺寸配合確定芯棒裝配方向，使凹模鑲嵌孔垂直向上，底部螺紋孔與底板用M8內(nèi)六角圓柱頭螺釘固定。

沖孔模具凸模與凹模刃口之間的間隙對(duì)管殼零件的質(zhì)量及模具壽命等都有很大的影響，但很難確定一個(gè)固定的間隙值能夠同時(shí)滿足沖裁件質(zhì)量最佳、沖模壽命最長，沖裁力最小等各方面的要求。因此，在沖壓實(shí)際生產(chǎn)中，主要根據(jù)沖裁件斷面質(zhì)量、尺寸精度和模具壽命這三個(gè)因素綜合考慮，給間隙規(guī)定一個(gè)范圍值。經(jīng)過查詢沖裁模初始雙面間隙值，選擇杜拉鋁、中等硬鋼材料厚度1mm間隙值為Zmin=0.06mm，Zmax=0.08mm；因?yàn)闆_孔模具間隙過大沖裁件斷面質(zhì)量較差，易產(chǎn)生毛刺。因此設(shè)計(jì)凸模與凹模之間的間隙值取雙面間隙最小值Zmin=0.06mm，即單邊間隙0.02～0.03mm.

4 薄壁圓管沖孔模具主要結(jié)構(gòu)及裝配調(diào)試過程

按上述完成沖孔模具關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì)，沖孔模具為了防止在裝配過程中發(fā)生零件干涉，模具設(shè)計(jì)使用三維制圖軟件Pro/E進(jìn)行模具零件設(shè)計(jì)及裝配；在裝配完成后對(duì)模具進(jìn)行干涉檢測(cè)和運(yùn)動(dòng)仿真，最終完成了整套模具的設(shè)計(jì)。沖孔模具結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

模具零件加工完成后，按裝配圖紙進(jìn)行裝配調(diào)試：（1）將凹模裝配入芯棒Ф26mm孔，孔底部與凹模底部緊密貼合；將凹模磨削至與芯棒外徑Ф51.6mm外圓重合，凹模上部刃口完成磨削開刃，芯棒根部直徑Ф52mm與底座Ф52mm圓孔按過渡配合配加工；（2）將芯棒內(nèi)凹模孔向上裝配入底座Ф52mm圓孔，底座異型沉臺(tái)外形與芯棒60±0.01mm尺寸配合確定芯棒裝配方向，保證凹模鑲嵌孔垂直向上；（3）將底座及芯棒裝配完成部分裝配至底板，用四個(gè)M10內(nèi)六角圓柱頭螺釘擰緊固定；（4）將凸模裝配入凸模固定板Ф15mm孔，磨平凸模與凸模固定板裝配面；（5）將凸模固定板與法蘭盤裝配，用兩個(gè)M10內(nèi)六角圓柱頭螺釘擰緊固定；（6）將模柄裝配入法蘭盤M20螺孔內(nèi)擰緊，模具裝配完畢。

圖2

5 結(jié)語

管殼圓孔采用沖壓模具沖孔，可以滿足管殼零件的批量生產(chǎn)訂單交付。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，沖壓生產(chǎn)的管殼零件表面光滑、美觀，圓孔尺寸完全滿足零件圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求；提高了管殼零件的產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。薄壁圓管沖孔模具，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本較低的特點(diǎn)，適宜管殼零件大批量沖孔生產(chǎn)，且對(duì)于大批量生產(chǎn)的同類產(chǎn)品加工具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 薛啟翔.沖壓模具設(shè)計(jì)制造難點(diǎn)與竅門[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[2] 薛啟翔.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)實(shí)例分析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

作者簡(jiǎn)介：呂華英（1977-），男，遼寧錦州人，錦州美聯(lián)橋汽車部件有限公司工程師，研究方向：機(jī)械制造。

（責(zé)任編輯：周 瓊）endprint